專利名稱：在通信系統(tǒng)中使用偽隨機信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及通信系統(tǒng)，具體地涉及使用偽隨機信號確定通信系統(tǒng)內通信資源的一個或多個特性。
現(xiàn)在在無線通信系統(tǒng)中，已知發(fā)送設備將接收設備已知的預定信號發(fā)送給接收設備。使用這種信號，接收設備進行信號質量測量并且執(zhí)行定位。接收設備可以將所接收信號與所期望信號比較，因此確定所接收信號的質量。全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星連續(xù)發(fā)射用于接收設備定位用途的已知信號。每個GPS衛(wèi)星發(fā)射根據(jù)唯一偽隨機序列產(chǎn)生的偽隨機信號。被裝備以預測和識別每個衛(wèi)星的偽隨機序列的接收設備從多個衛(wèi)星接收信號。然后可以根據(jù)每個衛(wèi)星的位置和來自每個衛(wèi)星的接收信號的延遲執(zhí)行接收設備的定位。
無線通信系統(tǒng)例如蜂窩系統(tǒng)和雙向無線電系統(tǒng)具有有限通信帶寬來對用戶提供多種通信服務。信號質量測量和定位通常是無線通信系統(tǒng)的有用能力。這種系統(tǒng)中的通信單元為更有效地利用有限的通信帶寬進行信號質量測量。而通信單元確定自己位置的能力在緊急情況下特別有用?？墒牵瑸樾盘栙|量測量或定位而向通信單元發(fā)射已知信號需要一部分該有限通信帶寬。因此在現(xiàn)在的通信系統(tǒng)中，為這種信號分配有限的通信帶寬會減少系統(tǒng)容量或者降低使用中的通信服務質量。
因此，需要一種設備和方法來使用對于發(fā)射和接收設備兩者都已知的信號用于這種測量信號質量和定位的目的，由此不減少系統(tǒng)容量并且不降低通信服務質量。
圖1表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的通信系統(tǒng)的方框圖。
圖2表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的基站執(zhí)行步驟的流程圖。
圖3表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的通信單元執(zhí)行步驟的流程圖。
圖4表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所確定的兩個信號相關的圖。
圖5表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所確定的兩個信號相關的圖。
本發(fā)明提供一種用于在通信系統(tǒng)中使用偽隨機信號的方法和設備。基站根據(jù)對于基站和通信單元兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生一個偽隨機信號。然后基站通過空閑通信資源發(fā)射該偽隨機信號給通信單元。一旦接收到偽隨機信號，通信單元利用偽隨機信號確定空閑通信資源的至少一個特性。一個這種特性例如可以是用于定位的到達時間。
通過空閑通信資源發(fā)射偽隨機信號給通信單元，本發(fā)明允許發(fā)射已知信號而不減少系統(tǒng)容量或降低服務質量。在具有有限通信資源的通信系統(tǒng)中，分配用于傳遞信息的特定通信資源可以偶然地不被分配。這種未分配的通信資源在未被分配用于傳遞信息時被認為空閑。因為只使用空閑通信資源傳遞偽隨機信號，不會替代信息業(yè)務，因此不影響系統(tǒng)容量和通信服務。
參照圖1到5可以更完全地理解本發(fā)明。圖1表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的通信系統(tǒng)100的方框圖。基站104包括一個發(fā)射機106，一個處理器108和一個存儲器110。通信單元112包括一個接收機114，一個處理器116和一個存儲器118。發(fā)射機106最好包括由常規(guī)開發(fā)軟件操作和控制的常規(guī)電路，例如用于放大器、調制器、上變頻器和濾波器等。接收機114最好包括由常規(guī)開發(fā)軟件操作和控制的常規(guī)電路，例如用于放大器、解調器、下變頻器和濾波器等。每個處理器108、116最好包括多功能數(shù)字信號處理器(DSP)部分，并且每個存儲器110、118最好包括一個隨機存取存儲器用于存儲一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的相同集合?；?04最好包括可以從MOTOROLA公司購買“MOTOROLA iDEN”基站無線電臺。通信單元112最好也包括可以從MOTOROLA公司購買的“MOTOROLAiDEN”手機。
優(yōu)選通信系統(tǒng)100的操作基本上按照本發(fā)明的下列步驟進行。在優(yōu)選實施例中，通信系統(tǒng)100包括一個時分多址(TDMA)通信系統(tǒng)，例如可以從MOTOROLA公司購買的“iDEN”系統(tǒng)。因此，無線電通信資源102最好包括時分復用(TDM)時隙。處理器108確定通信資源102是否空閑。最好把向處理器108提供用于每個時隙的信息的信息源(未示出)耦合到處理器108。沒有要通過通信資源102傳遞的信息對處理器108來說表示通信資源102空閑。
當通信資源空閑時，如通信資源102被確定為空閑時，基站104的處理器108從存儲器110中取出一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的集合并且根據(jù)一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的集合產(chǎn)生偽隨機信號。最好系統(tǒng)參數(shù)的集合包括標識當前時隙(即通信資源102)的所謂時隙序號和標識當前基站(即基站104)的所謂色碼?；?04的色碼起區(qū)別基站104與其它基站的作用，其它基站在基站104相同的頻率上發(fā)射并且它們的覆蓋區(qū)與基站104的覆蓋區(qū)重疊。一旦產(chǎn)生偽隨機信號，處理器108提供偽隨機信號給發(fā)射機106。發(fā)射機106然后通過空閑通信資源102發(fā)射偽隨機信號。
通信單元112的接收機114通過通信資源102接收來自基站104的偽隨機信號。通信單元112的處理器116從存儲器118中取出一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的集合并且根據(jù)一個或多個系統(tǒng)參數(shù)的集合產(chǎn)生第二偽隨機信號。來自存儲器118的系統(tǒng)參數(shù)集合與存儲在基站存儲器110內的集合相同，因此最好包括通信資源102的時隙序號和基站104的色碼。因為使用與基站104的處理器108產(chǎn)生的偽隨機信號相同的系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生第二偽隨機信號，第二偽隨機信號與處理器108產(chǎn)生的偽隨機信號相同。
處理器116比較由接收機114所接收的偽隨機信號(即所接收信號)與由處理器116產(chǎn)生的第二偽隨機信號(即所期望信號)。處理器116利用下面討論的方法確定所接收信號是否類似所期望信號。當這種類似出現(xiàn)時，處理器116確定通信資源102是傳遞所期望偽隨機信號的空閑通信資源。利用所期望和所接收的偽隨機信號，處理器116最好確定所接收偽隨機信號的到達時間(TOA)。通信單元112然后可以使用該TOA結合來自其它基站的類似TOA信息(對于三角測量，需要來自至少兩個其它基站的TOA)以確定通信單元112的位置。在一個替換實施例中，處理器116可以使用所期望和所接收偽隨機信號來測量所接收信號的信號質量以代替定位或既進行定位又測量信號質量。
發(fā)射已知偽隨機信號能夠使通信系統(tǒng)執(zhí)行定位和信號質量測量。通過只在空閑時隙發(fā)射這種信號，如同在優(yōu)選實施例中，不減少系統(tǒng)容量或系統(tǒng)性能。因此，本發(fā)明為通信系統(tǒng)提供益處并且通過利用當前未使用的系統(tǒng)資源避免對系統(tǒng)的負面影響。
圖2表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的基站執(zhí)行步驟的流程圖200。當基站確定基站所支持的通信資源沒有被分配用于傳遞信息時(204)邏輯流程圖開始(202)。因此通信資源是空閑通信資源并且最好是空閑時隙。在優(yōu)選實施例中，空閑時隙盡管沒有被分配用于傳遞信息也將實際上傳遞某些最少控制信息，例如對應于基站的色碼。這種控制信息由分配或未分配的每個時隙傳遞。
為填充空閑時隙，基站根據(jù)一個或多個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生偽隨機信號(206)。然后將偽隨機信號通過空閑時隙發(fā)射給一個或多個通信單元(208)和結束邏輯流程(210)。在優(yōu)選實施例中，所使用的系統(tǒng)參數(shù)是空閑時隙的時隙序號和基站的色碼。所有接收來自基站時隙的通信單元都知道這兩個系統(tǒng)參數(shù)。因此，這些通信單元能夠產(chǎn)生將通過任何空閑時隙從基站發(fā)射的特定偽隨機信號。
空閑時隙的偽隨機信號最好如下產(chǎn)生?；揪哂协h(huán)型緩沖器，其中填充了47個標記為0到46的16位數(shù)字。當產(chǎn)生空閑時隙的偽隨機信號時，使用下列表達式計算開始指數(shù)開始指數(shù)=((1+C)(1+(S％46)))％47其中％代表模運算符；C代表發(fā)射基站的色碼(在優(yōu)選實施例中為從0到15的范圍)；和S代表被填充的空閑時隙的時隙序號(在優(yōu)選實施例中為從0到30239的范圍)。
指數(shù)匹配于開始指數(shù)的那個16位數(shù)字是用于產(chǎn)生偽隨機信號的第一數(shù)字。利用在環(huán)型緩沖器中其指數(shù)順序跟隨開始指數(shù)的40個16位數(shù)字產(chǎn)生偽隨機信號的其余部分。在優(yōu)選實施例中，基站和通信單元兩者具有填充了相同的47個16位數(shù)字的環(huán)型緩沖器。因此，通信單元利用與基站相同的色碼和時隙序號產(chǎn)生相同的偽隨機信號。
圖3表示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的通信單元執(zhí)行步驟的邏輯流程圖300。當通信單元通過通信資源(最好是時隙)接收(304)來自基站的信號(即所接收信號)時，邏輯流程開始(302)。為確定時隙是否是空閑時隙，通信單元最好根據(jù)時隙的時隙序號和基站的色碼產(chǎn)生(306)偽隨機信號。通信單元產(chǎn)生如上所述的偽隨機信號。
一旦產(chǎn)生偽隨機信號，通信單元比較所接收信號和偽隨機信號以確定通信資源是否是空閑通信資源。這種比較最好通過相關(308)所接收信號與偽隨機信號進行。在優(yōu)選實施例中，所接收信號被解調并且產(chǎn)生的解調碼元與通信單元產(chǎn)生的偽隨機信號相關?；诖a元的相關器執(zhí)行相關，由此產(chǎn)生相關輸出。
圖4表示了當所接收信號與產(chǎn)生的偽隨機信號相關時獲得的可能相關。相關值范圍從零到一沿垂直軸402映射，同時時間沿水平軸404映射。因此，所接收信號與產(chǎn)生的偽隨機信號的相關值如曲線408表示是時間的函數(shù)。線406代表優(yōu)選的相關閾值0.2。為確定通信資源是否是空閑通信資源，將相關幅度與相關閾值比較(310)。當相關幅度保持小于相關閾值時(312)，如圖400所示，通信資源被確定為不是空閑通信資源并且結束邏輯流程(316)。
另一個方式，圖5表示了當所接收信號與產(chǎn)生的偽隨機信號相關時獲得的另一個可能相關。相關值在零到一范圍內沿垂直軸502映射，而時間沿水平軸504映射，并且線510代表優(yōu)選的相關閾值0.2。曲線508代表所接收信號與產(chǎn)生的偽隨機信號的相關，是時間的函數(shù)。再次，為確定通信資源是否是空閑通信資源，將相關的幅度與相關閾值比較(310)。與相關曲線408的幅度相比，相關曲線508的幅度在一定時間段上大于或等于相關閾值(312)。因此，所接收信號與空閑時隙所期望產(chǎn)生的信號相關。因此，所接收信號是所期望的偽隨機信號并且因此通信資源被確定為空閑通信資源。
在優(yōu)選實施例中，當通信資源是空閑通信資源時，所接收偽隨機信號的到達時間利用相關的屬性被確定(314)。最好，用于確定到達時間的相關屬性是相關峰值。對應于最高相關幅度即相關峰值的時間是到達時間。圖500的垂直線506與相關曲線508在最高相關幅度點上交叉。因此，線506與時間軸504的交叉點代表所接收偽隨機信號的到達時間。在優(yōu)選實施例中，利用差動濾波器確定到達時間。相關峰值對應于差分相關函數(shù)的過零點，因此到達時間對應于過零時間。因此，所接收偽隨機信號的到達時間可以由通信單元確定。
在一個替代實施例中，當通信資源是空閑通信資源時，可以進行信號質量測量，來代替由通信單元確定到達時間或者二者都進行。當通信資源被確定為空閑時，所接收偽隨機信號可以與所期望偽隨機信號(即產(chǎn)生的偽隨機信號)進行比較，用于進行信號質量測量的目的，例如信號質量估計(SQE)。因此，所接收偽隨機信號的信號質量也可以由通信單元確定。
本發(fā)明實現(xiàn)了使用偽隨機信號確定通信系統(tǒng)內通信資源的一個或多個特性的一種方法和設備。對特性例如到達時間(用于定位)和信號質量的確定取決于通信單元對已知或所期望信號的接收。利用本發(fā)明，通過空閑通信資源接收已知的偽隨機信號。通過只利用通信系統(tǒng)中的空閑通信資源，實現(xiàn)定位和信號質量確定的好處而沒有減少系統(tǒng)容量或降低通信服務質量的不利后果。
盡管已經(jīng)參照一定實施例表示和描述了本發(fā)明，本領域技術人員將理解可以進行各種形式的改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1．一種用于由基站向通信單元提供偽隨機信號的方法，該方法包括步驟根據(jù)對于基站和通信單元兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生偽隨機信號；和通過空閑通信資源向通信單元發(fā)射該偽隨機信號。
2．一種用于由通信單元捕獲來自基站的信號的方法，有利于確定空閑通信資源的至少一個特性，該方法包括步驟通過空閑通信資源接收該信號，該信號根據(jù)對于基站和通信單元兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生；和利用該信號確定空閑通信資源的至少一個特性。
3．根據(jù)權利要求2的方法，其中至少一個特性是空閑通信資源的信號質量。
4．一種由用于基站向通信單元提供信號的方法，該方法包括步驟確定基站所支持的通信資源是否未被分配用于傳遞信息；當基站支持的通信資源未被分配用于傳遞信息并由此產(chǎn)生空閑通信資源時，根據(jù)對于基站和通信單元兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生信號；和通過空閑通信資源向通信單元發(fā)射該信號。
5．一種用于由通信單元捕獲來自基站的信號以使通信單元能夠確定該信號到達時間的方法，該方法包括步驟通過通信資源接收信號；根據(jù)該信號確定通信資源是否是空閑通信資源；和當通信資源是空閑通信資源時，確定該信號的到達時間。
6．根據(jù)權利要求5的方法，其中確定通信資源是否是空閑通信資源的步驟包括步驟根據(jù)對于基站和通信單元兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生第二信號；和通過將該信號與第二信號相關比較該信號與第二信號以確定通信資源是否是空閑通信資源。
7．一種基站，包括存儲器，其包含至少一個對于基站和通信單元兩者已知的系統(tǒng)參數(shù)；處理器，耦合到該存儲器，其確定通信資源是否是空閑和，當通信資源空閑并由此產(chǎn)生空閑通信資源時，從存儲器獲得至少一個系統(tǒng)參數(shù)并且根據(jù)該至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生偽隨機信號；和發(fā)射機，耦合到處理器，其通過空閑通信資源發(fā)射偽隨機信號。
8．一種通信單元，包括接收機，其通過通信資源接收來自基站的偽隨機信號；和處理器，耦合到接收機，其根據(jù)偽隨機信號確定通信資源是否是空閑通信資源。
9．根據(jù)權利要求8的通信單元，其中當通信資源是空閑通信資源時處理器進一步確定偽隨機信號的到達時間。
10．根據(jù)權利要求8的通信單元，其中當通信資源是空閑通信資源時處理器進一步確定偽隨機信號的信號質量。
全文摘要
一個基站(104)根據(jù)對于基站和通信單元(112)兩者都已知的至少一個系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生偽隨機信號?；?104)然后通過空閑通信資源(102)向通信單元發(fā)射該偽隨機信號。一旦接收該偽隨機信號,通信單元(112)利用該偽隨機信號確定空閑通信資源(102)的至少一個特性。
文檔編號G01S11/02GK1312984SQ99809552
公開日2001年9月12日 申請日期1999年8月6日 優(yōu)先權日1998年8月18日
發(fā)明者史蒂文C·賈斯珀, 馬克A·伯奇勒, 德布雷A·瓊斯, 尼古拉斯C·奧羅斯 申請人:摩托羅拉公司